Сравнение сперматогенеза у мух и человека: консервативные процессы образования мужских гамет

Введение: Сперматогенез представляет собой динамический процесс, включающий согласованное развитие миллионов клеток — от стволовых клеток до высокополяризованных сперматозоидов, способных к движению и оплодотворению. Поэтому неудивительно, что для мужской фертильности необходимы многие тысячи генов. Мутантные модели мышей широко используют для изучения функции этих генов, а также для подтверждения патогенности генетических вариантов, которые могут быть причиной мужского бесплодия у человека. Использование мышей и других животных моделей существенно расширило знания о генетической регуляции мужской фертильности у млекопитающих. Однако из-за огромного числа генов и генетических вариантов, требующих проверки, такие подходы дороги и требуют много времени. Мы и другие исследователи изучали возможность использования альтернативных модельных организмов для ускорения валидации, включая плодовую мушку Drosophila melanogaster.

Цель: В этом обзоре рассматриваются консервативные механизмы образования сперматозоидов у млекопитающих и мух с акцентом, насколько возможно, на данные о человеке.

Методы: Поиск исследований проводили в базе данных PubMed по ключевым словам, связанным с темой обзора, включая «сперматогенез у человека», «сперматогенез у млекопитающих», «сперматогенез у мух» и «мужская фертильность». Дополнительные поиски по терминам, обозначающим конкретные структуры и процессы, для межвидового сравнения включали, помимо прочего, мужские половые пути, сперматогенез, сперматогонии и нишу стволовых клеток, мейоз, спермиогенез и его отдельные процессы, а также сперматозоиды. Ограничений по срокам публикации или видам не устанавливали.

Результаты: Мы выявили ключевые этапы сперматогенеза, высококонсервативные у человека и мух, включая ранние деления половых клеток и соотношение числа образующихся гаплоидных половых клеток к каждой сперматогониальной стволовой клетке, что позволяет использовать мух в качестве модельного организма для изучения этих процессов. Некоторые процессы, включая мейоз, умеренно консервативны у млекопитающих и мух; заметным исключением является отсутствие кроссинговера у мух. Кроме того, выявлены процессы с низкой степенью консервативности, например различия во вспомогательных структурах хвоста сперматозоида. Поэтому мухи, вероятно, не подходят для изучения биологии человека или млекопитающих в целом в отношении этих структур. Описаны примеры уже выполненного и потенциального использования мух для изучения функции генов млекопитающих, связанных с мужской фертильностью.

Более широкое значение: Drosophila melanogaster, несомненно, представляет собой полезный модельный организм для изучения широкого спектра генетически обусловленных заболеваний человека, включая мужское бесплодие. И у человека, и у мух имеется пара яичек, основная функция которых — образование сперматозоидов. Образование цист в яичках Drosophila позволяет половым клеткам постоянно пролиферировать и синхронно находиться на соответствующей стадии созревания, как и у человека. Оба организма используют механизм хранения сперматозоидов, однако у млекопитающих сперматозоиды подвергаются посттестикулярным изменениям и хранятся в придатке яичка. У Drosophila сперматозоиды хранятся в семенном пузырьке и, по-видимому, не претерпевают выраженных посттестикулярных изменений в этой структуре, подобной придатку яичка. У млекопитающих семенной пузырёк представляет собой отдельный орган, отвечающий за образование семенной жидкости. Важно учитывать, что мужская фертильность и, следовательно, сперматогенез подвержены значительному эволюционному давлению, а процессы у разных видов различаются. Поэтому отсутствие фенотипа у мутантов не означает, что данный ген не нужен для фертильности человека. Мухи полезны для генетических исследований, подтверждающих причинную роль вариантов, связанных с заболеваниями человека, однако мы предлагаем использовать их прежде всего для предварительного скрининга и отбора наиболее перспективных кандидатов с последующим углублённым изучением у млекопитающих в рамках трансляционных исследований мужской фертильности.

Регистрационный номер: не применимо.